ELUSI URANIUM DAN PERHITUNGAN JUMLAH PLATE PADA KOLOM SILIKA-TBP

(1)

62

ELUSI URANIUM DAN PERHITUNGAN JUMLAH PLATE

PADA KOLOM SILIKA-TBP

Endang Susiantini, Indra Suryawan

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan

ABSTRAK

ELUSI URANIUM DAN PERHITUNGAN JUMLAH PLATE PADA KOLOM SILIKA-TBP .Akan dikembangkan proses pemisahan 99_{Mo dari hasil iradiasi uranil nitrat pada akselerator sebagai sumber} neutron secara ekstraksi kromatografi menggunakan kolom yang berisi kiesel gel-TBP (Tributyl phosphate). Kiesel gel (silika) digunakan sebagai penyangga iner, TBP sebagai fase diam dan simulasi uranil nitrat alam berkadar 200-300 g/L dengan keasaman 2N sebagai fase gerak. Penyangga inert dibuat dengan cara hidrofobisasi kiesel-gel untuk merubah sifat silika yang hidrofil menjadi hidrofop agar dapat di impregnasi dengan TBP. Uranium yang sudah tertempel pada TBP akan di elusi dengan berbagai kondisi asam encer pada 0,05N; 0,1N; 0,2 N HNO3 ; ABM hangat dan ABM dingin. Dengan menggunakan eluen HNO3 0,1 N dan ABM hangat uranium yang tertempel pada silika–TBP dapat terelusi secara sempurna dan lebih cepat dibanding dengan ke tiga eluen yang lain. Kadar uranium yang terserap dan terelusi dianalisis secara titrimetri menggunakan metode titan dan digunakan untuk menghitung Plate Number (N). Diperoleh harga N untuk kolom dengan penyangga inert tinggi 8 cm, diameter 1 cm, kecepatan 10 tetes /menit dengan menggunakan eluen HNO3 0,1 N adalah 300,

6.

Kata kunci : hidropobisasi ; impregnasi ; TBP; Plate number (N)

ABSTRACT

ELUTION OF URANIUM AND CALCULATION OF PLATE NUMBER ON THE COLUMN OF SILICA-TBP. Separation process of 99Mo resulted of irradiated uranyl nitrate with an accelerator as the neutron source by the chromatographic extraction using column containing kiesel gel-TBP will be developed. Kiesel gel (silica) was used as an inert support , TBP as a phase stationary and simulated used natural uranyl nitrate of 200-300 g/l with the acidity of 2 N as the mobile phase. The inert support was made by means of kiesel-gel (silica) hydrophobization to change hydrophilic silica to hydrophobic silica, so that it could be impregnated by TBP. Uranium which has been attached to TBP would be eluted by dilute acid at acidity of 0,05; 0,1; 0,2 N HNO3; Warm DW and cool DW. By using 0,1 N HNO3 eluent and warm DW the uranium attached to silica-TBP could be eluted perfectly and more quickly than the three others eluents. Uranium concentration which were absorbed and eluted were analysed titrimetrically by using titan method and it was used to calculate Plate Number ( N). The value of N obtained for the column which the inert support of 8 cm in height, 1 cm in diameter, 10 drops per minute by using of 0,1 N HNO3 eluent was 300,6.

Keywords : hydrophobic, impregnated. TBP, Plate Number (N)

PENDAHULUAN

usat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB-BATAN) akan mengembangkan proses pembuatan 99Tc (sebagai induk dari 99Mo) karena mempunyai fasilitas akselerator (sebagai generator neutron) dengan menggunakan bahan target berupa cair (1) yaitu uranil nitrat. Proses ini mempunyai beberapa keuntungan diantaranya: dapat dipakai berulang-ulang selama kurang lebih 15 tahun (waktu hidupnya 15 th), artinya tanpa olah ulang seperti jika menggunakan bahan padat. Akan dikembangkan juga proses pemisahan 99Mo dengan menggunakan 2 macam kolom kromatografi, kolom pertama berisi butiran kiesel-gel (silika) yang ditempeli TBP (Tributhyl phosphate ) (2 ) untuk mengambil uranium karena uranium sangat reaktif terhadap TBP, kolom kedua berisi alumina untuk

mengambil molibdenum karena molibdenum akan teradsorpsi dalam alumina yang dilanjutkan dengan elusi menggunakan ammonia (NH4OH) (3) . Untuk itu akan dilakukan simulasi pemisahan 99Mo dari larutan uranil nitrat dengan menggunakan kolom yang berisi silika-TBP dengan berbagai macam variabel untuk mendapatkan kondisi proses pemisahan 99Mo dari uranil nitrat yang terbaik. Selain itu, akan dihitung Number Plate (N) untuk merancang kolom pemisahan dalam skala yang besar. Penelitian sebelumnya telah berhasil dibuat kolom yang berisi silika-TBP untuk pengambilan uranium serta elusi uranil nitrat dengan asam encer. Berikut reaksi yang terjadi bila 235U ditembak neutron akan menghasilkan beberapa radionuklida sebagai berikut (4) :

(2)

235 92

U

+ 1o

n ⎯→

23692

U

⎯→

131 53

I +

10239

Y +3

10

56 62

Sm +

7730

Zn +3

10

n

Proses pemisahan dengan cara kromatografi pada akhir-akhir ini juga berkembang sangat pesat terutama ekstraksi kromatografi. Ekstraksi kromatografi sangat ideal untuk memisahkan radionuklida seperti plutonium, uranium americium strontium dan lain lain, secara cepat dan lebih

sederhana dari pada dengan ion exchange dan secara umum dapat mengurangi limbah dan dapat digunakan pada keasaman rendah. (5).

Akan diteliti variasi keasaman eluen (0,05; 0,1; 0,2 N; ABM hangat dan ABM dingin) untuk mengelusi uranium yang tertempel pada kolom yang berisi silika-TBP. Kondisi eluen yang terbaik akan dipakai untuk menghitung jumlah plate (N) dengan cara membuat grafik antara kadar uranium terhadap waktu setiap 2 menit pada masing-masing konsentrasi uranium yang tertempel pada silika-TBP dan setiap elusinya. Berikut skema proses pemisahan Mo99 dari reaktor ”SAMOP” (Subcritical Assembly For Molybdenum Production):

Gambar 1. Skema proses pemisahan Mo-99 dari reaktor “SAMOP”

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan data penelitian tentang kondisi elusi dan harga N yang diharapkan dapat dipakai untuk merancang kolom yang lebih besar. Ekstraksi kromatografi ini didasarkan pada penggunaan silika/kiesel gel sebagai penyangga inert, TBP sebagai fase diam dan Uranil nitrat sebagai fase gerak. Adapun gambar permukaan porous silika/ kiesel gel pada kolom chromatography adalah sebagai berikut :

Gambar 2. Prinsip kerja pada kolom ekstrak-si kromatografi ( 6 ) . Kolom Silika- TBP Recycle U, Pu Nitrat Reaktor “SAMOP” Make up UO2(NO3)2 Sumber netron (Akselerator)

Eluen HNO3 encer

Mo 99 + hasil fisi

Mo

99 UO2(NO3)2 22 l, 300g/l Eluen NH4OH Kolom alumina Hasil fisi

(3)

64

Watak dari kolom ekstraksi yang paling baik ditentukan dengan mengetahui jumlah plate (N)nya. Jumlah plat (N) secara biasa dihitung dengan membagi total tinggi kolom dengan tinggi plat teori (H) (7) . H L N=

(1)

2 1/2 W tR 5,54 N ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =

(2) Dimana:

N = Jumlah plat dapat diukur dari profil grafik respon detektor (kadar uranium) vs waktu.

tR = Waktu retensi

W1/2 = Lebar peak pada setengah tinggi dalam satuan waktu

H = Tinggi efektif teoritis plate atau Height Equivalent Teoritical Plate (HETP) disebut sebagai tinggi plate (H).

Oleh karena itu jika harga H kecil berarti N harus besar maka effisiensinya tinggi. Sehingga effisiensi dapat ditulis sebagai bentuk H yang lebih dari pada N karena H tidak bergantung pada panjang kolom. Pada dasarnya pemisahan yang mungkin dilakukan dalam kolom ekstraksi kromatografi ditentukan oleh beberapa faktor sebagai berikut :

a. Faktor pemisahan, perbandingan koefisien distribusi dari spesies yang dipisahkan.

b. Tinggi efektif teoritis plate ( HETP) disebut sebagai tinggi plate (H).

Tinggi plate (H) tergantung pada kecepatan alir rata – rata, suhu, sifat dasar dan jumlah ekstraktan dalam fase diam dan luas permukaan serta ukuran partikel dari penyangga inert. Jika elusi dikerjakan pada suhu yang sama untuk ekstraktan sama maka tinggi plate H, dapat dikurangi dengan memperlambat kecepatan elusi, dengan menambah jumlah ekstraktan dalam fase diam dan memperkecil ukuran partikel pada penyangga fase diam. Watak dari kolom dapat dinaikkan dengan menggunakan penyangga inert dengan ukuran partikel yang sangat kecil yaitu dengan ukuran partikel antara 5-10 µm. Diameter kolom juga berpengaruh pada watak, dengan diameter kolom yang lebih besar akan menghasilkan suatu efisiensi keseluruhan yang lebih besar. Untuk suatu jenis ukuran kolom tertentu misal pada pemisahan ruthenium dengan menggunakan kolom kieselgel -TBP dengan ukuran 125 mm ( panjang), diameternya 5 - 8 mm dapat menghasilkan teoritical plate (N) 10.000 dengan ukuran partikel bahan isian 5 µm(7,2).

TATA KERJA

Bahan

Serbuk U3O8; ABM (Air Bebas Mineral); HNO3 pekat; H2SO4 pekat; Asam Amido Sulfonat; TiCl3; FeCl3; Indikator PP; NaOH tritisol 0,1 N; K2Cr2O7 tritisol 0,1 N; digunakan untuk membuat larutan uranil nitrat dan analisis kadar uranium serta keasaman. Sebelum hidropobisasi Kiesel Gel 40 dipanaskan dalam Oven thermostatic (desikator vakum) kemudian dimasukkan dalam labu leher tiga yang dilengkapi dengan Pompa vakum, corong pisah dan tabung gas N2 untuk dihidropobisasi dengan DMCS (Dimethyl Dichloro silane. Impregnasi dilakukan dalam beker yang berisi Asetone dan TBP (Tri Buthyl Phosphate). Digunakan kolom ekstraksi panjang 8 cm diameter 1 cm dilengkapi dengan pendingin dipakai untuk memisahkan 99Mo dari uranium serta elusi pada keasaman HNO3 0,1 N; HNO3 0,5 N HNO3 0,1 N; HNO3 0,5 N.

Tata kerja

a) Hidropobisasi Kiesel Gel 40

• Kedalam gelas beker dimasukkan sebanyak 15 gram kiesel gel 40 dipanaskan dalam oven

thermostatic pada suhu 1500C (sambil

divakum selama 1 jam). Setelah dingin dimasukkan ke dalam labu leher tiga, divakumkan selama 30 menit. Sebanyak 6 mL DMCS dimasukkan kedalam corong pisah dari atas labu setetes demi setetes sampai habis (penetesan dilakukan 1 tetes dengan 1menit pengadukan dan dibiarkan selama 5 menit). Diaduk selama 24 jam, dialiri gas N2 (untuk menghilangkan gas HCl yang ada).

• Selanjutnya untuk menghilangkan sisa gas HCl dan uap DMCS yang masih tertinggal dalam labu maka dipanaskan pada suhu 600_{C sambil divacum selama 30 menit.} b) Impregnasi TBP pada kiesel gel

• Sebanyak 5 gram kiesel gel 40 hasil hidropobisasi dimasukkan dalam beker glas 50 mL dan ditambahkan 10 mL acetone dan 2,5mL TBP, diaduk sampai homogen, hingga kering tanpa pemanasan.

• Setelah benar-benar kering, masukkan kedalam kolom ekstraksi secara bed (catu), caranya: masukkan serbuk tersebut sedikit demi sedikit kedalam kolom panjang 30 cm dan diameter 1 cm yang sebelumnya telah diberi glasswool pada bagian paling bawah. Selanjutnya setelah mencapai ketinggian 1cm

(4)

kolom dialiri gas N2 selama 2 menit. Hal ini terus dilakukan hingga serbuk habis (5 g = 5 cm tingginya).

c) Ekstraksi kromatografi

Sebelum digunakan kolom dibasahi dengan

larutan HNO3 0,1N sebanyak 4mL hingga semua

serbuk basah. Kemudian masukkan larutan uranil nitrat berkadar 200-300g/L dan pH 2 sampai jenuh. Untuk mengelusi digunakan larutan HNO3 0,05N; 0,1 N; 0,2 N; ABM hangat dan ABM dingin (suhu

0-50C) untuk itu digunakan serbuk es sebagai

pendingin dan uranil nitrat yang keluar dari kolom dianalisis kadar U dan keasamannya.

d) Perhitungan HETP

Kolom diisi larutan uranil nitrat pada kecepatan 10 tetes per menit atau 0,5 ml/ menit, setiap waktu 2 menit di analisis U nya, dibuat grafik kadar U vs waktu (2 menit). Semua analisis kadar uranium dilakukan secara titrasi menggunakan metode titan.

HASIL DAN PEMBAHASAN

a. Pembuatan Hidropobisasi Kiesel Gel 40 dan impreknasi degan TBP

Hidropobisasi dilakukan untuk mengubah sifat silika yang hidrofil menjadi hidrofob yaitu

dengan menambah DMCS. Dari(8) jika silika

langsung direndam dengan TBP maka akan terjadi adsorbsi TBP secara langsung yang ikatannya sebagai:

Gambar 3. Adsorpsi TBP pada silika /alumina ( 8 ) .

Jika silika langsung ditambah TBP tanpa hidropobisasi maka akan terjadi reaksi seperti di atas maka proses ekstraksi kromatografi tidak akan terjadi karena gugus P=O dari TBP tidak dapat berikatan dengan uranium karena sudah mengikat silika, untuk itu maka dilakukan hidropobisasi agar supaya gugus P=O ada dipermukaan silika. Gambar dibawah menunjukkan kemungkinan reaksi yang terjadi setelah hidropobisasi dan impreknasi dengan TBP sbb (9) :

Dari reaksi di atas dimungkinkan bahwa gugus P=O ada dipermukaan sehingga dapat dipakai untuk ekstraksi kromatografi. Adapun reaksi yang terjadi pada ekstraksi kromatografi adalah (seperti reaksi yag terjadi pada reaksi ekstraksi cair-cair) sebagai berikut :

Reaksi cair – cair :

b. Ekstraksi kromatografi

Gambar di bawah menunjukkan berbagai macam elusi untuk mengambil uranium pada kolom yang berisis silika-TBP: Dari gambar tersebut dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan eluen HNO3 0,1 N dan ABM hangat dapat dipakai untuk mengelusi uranium yang tertempel pada kolom yang berisi silika-TBP secara mudah serta lebih cepat dibanding dengan 3 macam eluen lainnya.

(5)

66 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 4 Elusi ke 5 6 7 8 Kadar U elusi HNO3 0,05N elusi HNO3 0,1N elusi HNO3 0,2 N elusi ABM elusi ABM hangat

Gambar 4. Variasi eluen pada kolom yang be-risi silika-TBP.

Dengan membuat profil grafik kadar U vs waktu (2 menit) dipakai untuk menghitung Plate Number (N) pada kolom dengan penyangga inert panjang 8 cm, diameter 1 cm, kecepatan 10

tetes/menit menggunakan eluen HNO3 0,1 N

sebagai berikut : -1 0 1 2 3 4 5 6 1 3 5 7 9 11 13 15 17 Waktu (x2 menit) K o n s en tr asi U

-1

0

1

2

3

4

5 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61

Waktu (x2 menit) K ons e n tr a s i U (g /L )

Gambar 5a dan 5b. Profil grafik kadar U vs waktu

Gambar 5a dan 5b dapat dipakai untuk menghitung :

* tR = Waktu retensi yaitu dihitung dari sampel masuk ke peak maksimum = 37 x 2

menit = 74 menit

W 1/2 = lebar puncak pada setengah tinggi = 39-34 = 5 x 2 menit = 10 menit * N = 5,54 ( 742 / 10 2 ) = 303,3

Dari ke dua grafik tersebut diperoleh harga N rata-rata untuk adalah 300,6 .

KESIMPULAN DAN SARAN

Eluen terbaik untuk mengambil uranium yang tertempel pada kolom yang berisis silika-TBP adalah HNO3 0,1 N dan ABM hangat, pada eluen ini semua uranium dapat terelusi secara mudah dan lebih cepat dibanding dengan ke tiga eluen lainnya. Diperoleh harga Plate number (N) = 300,6 pada kolom dengan penyangga inert panjang 8 cm, diameter 1 cm, kecepatan 10 tetes/menit (0,5mL/menit) menggunakan eluen HNO3 0,1 N.

Penelitian ini perlu dilanjutkan dengan membuat variabel kecepatan alir, tekanan, ukuran silika dan lain lain agar diperoleh harga plate number (N) yang lebih besar.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis menyampaikan terimakasih kepada Sdr. Eko Sasmito siswa SMK Negeri 3 Kimia Madiun dan Sdr. Hartanta mahasiswa STTN yang telah tekun dan rajin membantu mengerjakan penelitian ini sampai selesai.

DAFTAR PUSTAKA

1. D. DANIEL, WASIL.” Method and Apparatus

for The production and Extraction of Olybdenum99”, -Patent 5910971.

2. NO NAME. ” Preparation of Columm for

Reversed-Phase Partition Chromatography”.

3. M.V. WILKINSON, A.V. MONDIO, A.

MANZINI. ”Study of Alumina Use As a

Separation Step in Mo99 Production”,

Wilkinson @ cac.cnca.gov.ar, amondino @ cac. Cnca.gov.ar, ammanzining @ cnca.gov.ar.

4. SAHA.B.GOPAL.“ Fundamentals of Nuclear

Pharmacy”, New York Berlin Heidelberrg Tokyo , (1984).

5. G. F. VANDEGRIFT, DKK. “Reprogress in

MO-99 Production From LEU”, Argonne National Laboratory, IL, 60439-4841, USA, (2002).

6. E. HORWITZ PHILIP “Extraction

Chromatography of Actinides and Selected Fission Products“, Eichrom Technologies, Inc., USA.

(6)

7. SEWEEL, PETER AND CLARKE BRIAN. ”Chromatography Separation”, John Wiley & Son, New York, (1987).

8. PEMBERTON RESEARCH GROUP.

”Surface Raman and Infrared Spectroscopy to Probe Organic Pollution of Soil Sample”, Surface Analysis of Environmental System; (1999).

9. ALEX BERNARD SCHOLTEN.

”MOLECULER Surface Structures of Modified Silicas for Cromatography”, Eindhoven University of Technology, 1996.

10. ESCHRICH HUBERT. ”Extraction Chromatographic Separation of Fission Product and Actinides”, http:// WWW.nc. Chalmers.se/av hand/dravh/Eschrich.HTM.

TANYA JAWAB

Yusuf N.

Saran

• Perlu diketahui besar kandungan TBP yang terikat oleh DMCS Silikat Oksida dengan cara membilas hasil proses pengikatan menggunakan air destilasi air hasil bilasan diukur kandungan phospornya/ TBP terlarut. • Uranium yang dijadikan umpan sedapatnya

ekivalen terhadap TBP dalam SiO2 DMC TBP (padatan penyerap).

Endang S.

¾ Terimakasih nanti akan saya lakukan pengukuran dengan TBP yang terlarut tersebut.

¾ Nanti akan saya hitung uranium yang ekivalen tersebut karena penelitian ini baru tahap awal, jadi banyak masalah yang harus dikerjakan.